地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤與瓦斯突出的影響

張亞冉

[摘要]煤與瓦斯的突出是煤體與瓦斯受力失衡而引起的一種強(qiáng)烈的動(dòng)力現(xiàn)象。其突出受瓦斯壓力、地應(yīng)力和煤體物理力學(xué)性質(zhì)等因素綜合影響和控制。

[關(guān)鍵詞]煤與瓦斯突出 地質(zhì)構(gòu)造

一、引言

所謂煤與瓦斯突出是指在壓力作用下,在極短的時(shí)間內(nèi),由煤體向巷道或采場(chǎng)空間拋出大量的煤炭,并噴出大量的瓦斯,不僅會(huì)造成人員傷亡,還會(huì)造成國(guó)家財(cái)產(chǎn)損失。因此,煤與瓦斯突出是嚴(yán)重威脅煤礦安全生產(chǎn)的重大自然災(zāi)害之一。地質(zhì)構(gòu)造是廣泛存在的一種地質(zhì)現(xiàn)象,它影響煤礦建設(shè)生產(chǎn),是各種地質(zhì)因素中最重要的因素之一。它不僅影響生產(chǎn)而且是影響煤厚、巖漿侵入、礦井瓦斯、水等的控制因素,同時(shí)也是誘發(fā)各種事故的因素之一,是誘發(fā)煤與瓦斯突出的主要因素。煤與瓦斯突出與地質(zhì)構(gòu)造是有密切關(guān)系的。為安全生產(chǎn)、防治煤與瓦斯突出必須加強(qiáng)地質(zhì)構(gòu)造的預(yù)報(bào),及做好其它一些地質(zhì)工作。

煤與瓦斯突出的預(yù)兆分為無(wú)聲預(yù)兆和有聲預(yù)兆兩類。(1)無(wú)聲預(yù)兆。①煤層結(jié)構(gòu)變化,層理紊亂,煤層由硬變軟、由薄變厚,傾角由小變大,煤由濕變干,光澤暗淡,煤層頂、底板出現(xiàn)斷裂,煤巖嚴(yán)重破壞等。②工作面煤體和支架壓力增大,煤壁外鼓、掉碴、煤塊進(jìn)出等。③瓦斯增大或忽小忽大,煤塵增多。(2)有聲預(yù)兆煤爆聲、悶雷聲、深部巖石或煤層的破裂聲、支柱折斷等。

每次突出前都有預(yù)兆出現(xiàn),但出現(xiàn)預(yù)兆的種類和時(shí)間是不同的,熟悉和掌握預(yù)兆,對(duì)于及時(shí)撤出人員、減少傷亡具有重要的意義。

二、地質(zhì)構(gòu)造與煤與瓦斯突出的關(guān)系

1.根據(jù)大量研究成果說(shuō)明,對(duì)褶曲構(gòu)造來(lái)說(shuō),褶皺強(qiáng)烈或緊密褶曲部位,不協(xié)調(diào)褶皺、層間滑動(dòng)或?qū)娱g揉皺發(fā)育地帶、煤層產(chǎn)狀變化大的塊段、中小型向斜軸部、背斜傾伏段以及背斜中和面以下部位,牽引褶曲部位等,均是突出多發(fā)部位。

2.斷層對(duì)突出的影響比較復(fù)雜,大量研究實(shí)測(cè)資料和研究成果表明,突出具有明顯的分區(qū)分帶性,地質(zhì)構(gòu)造尤其是斷層構(gòu)造控制突出的分區(qū)分帶性。一般認(rèn)為斷層的產(chǎn)生是地應(yīng)力釋放的過(guò)程,因而斷層的產(chǎn)生在一定程度上減少了突出的危險(xiǎn)性,但是在很多時(shí)候斷層又作為煤與瓦斯突出的初始通道或突破口,因而需對(duì)其進(jìn)行具體分析與研究。斷層的性質(zhì)不同其對(duì)突出的作用及影響截然不同,一般情況下,壓性或壓扭性斷層為封閉性構(gòu)造,瓦斯含量較高、瓦斯壓力大、因而突出危險(xiǎn)性也大;張性斷層屬開(kāi)放性構(gòu)造,突出危險(xiǎn)性小或者不突出。在封閉的邊界條件下,小斷層密集發(fā)育的地帶特別是低級(jí)別壓扭性斷裂發(fā)育地段、壓性或壓扭性結(jié)構(gòu)面間所夾的塊段、地塹式構(gòu)造的中間塊斷等,均易發(fā)生突出。

對(duì)于壓性或壓扭性封閉性斷層,根據(jù)實(shí)測(cè)資料,其瓦斯壓力分布具有一定的規(guī)律性,斷層帶附近,瓦斯壓力及瓦斯涌出量一般比較小,隨著距斷層距離的增加,其瓦斯壓力及瓦斯涌出量有一定的增加并存在較高的峰值,至一定的距離后又變?yōu)檎Ｖ?從而在距斷層一定的范圍內(nèi)存在低值區(qū)、高值區(qū)和正常區(qū)。工程實(shí)踐表明,突出點(diǎn)通常都在瓦斯壓力及瓦斯涌出量升高區(qū)范圍內(nèi)。另一方面,壓性或壓扭性斷層對(duì)突出的控制作用及其分布特征與斷層帶的應(yīng)力分布狀態(tài)是相對(duì)應(yīng)的,一般認(rèn)為斷層是應(yīng)力集中的部位,事實(shí)上這種說(shuō)法并不準(zhǔn)確,斷層帶中的應(yīng)力狀態(tài)反而相對(duì)比較低,如果說(shuō)其中應(yīng)力較大,只能理解為其應(yīng)力值與斷層帶本身很低的強(qiáng)度相對(duì)比較而言的,而在斷層兩側(cè)其應(yīng)力狀態(tài)顯著變化,不但應(yīng)力值顯著增加而且主應(yīng)力的作用方向亦有明顯變化,只是在距斷層一定距離以外,其應(yīng)力狀態(tài)才逐漸恢復(fù)到正常的應(yīng)力狀態(tài)。

地質(zhì)構(gòu)造對(duì)突出有控制作用,但并不是所有的構(gòu)造帶內(nèi)都發(fā)生突出,不同的地質(zhì)構(gòu)造,同一地質(zhì)構(gòu)造的不同塊段,對(duì)煤與瓦斯突出的控制作用是不同的,掌握好這些規(guī)律對(duì)煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)有一定的指導(dǎo)意義。

三、地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤體結(jié)構(gòu)破壞的影響

在煤與瓦斯突出的機(jī)制中,煤體物理力學(xué)性質(zhì)主要受煤的機(jī)械強(qiáng)度制約,煤的機(jī)械強(qiáng)度越小突出阻力就越小,突出發(fā)生的可能性就越大。煤的機(jī)械強(qiáng)度受煤體結(jié)構(gòu)的制約,因此,煤體結(jié)構(gòu)一定程度上反映了與瓦斯突出的難易度,控制著突出的發(fā)生。

煤體結(jié)構(gòu)是指煤的構(gòu)造結(jié)構(gòu)。從地質(zhì)意義上來(lái)說(shuō),煤體結(jié)構(gòu)實(shí)際上是一種構(gòu)造形跡特征,它反映了煤層應(yīng)變歷史和應(yīng)變特征。原生結(jié)構(gòu)的煤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,層理好、煤質(zhì)強(qiáng)度高;而原生結(jié)構(gòu)遭受破壞后,煤層層理紊亂,破碎嚴(yán)重,煤質(zhì)松軟酥碎,強(qiáng)度低。構(gòu)造煤就是煤層受密集構(gòu)造嚴(yán)重破壞的結(jié)果,其特殊的結(jié)構(gòu)成為瓦斯集中區(qū)和應(yīng)力弱面區(qū),構(gòu)造煤區(qū)長(zhǎng)為煤與瓦斯突出的高發(fā)帶。

構(gòu)造應(yīng)力的作用,一方面使煤體產(chǎn)生密集的裂隙,煤體結(jié)構(gòu)遭到破壞,煤體的機(jī)械強(qiáng)度減小,抵御外力作用的能力變小,突出阻力和突出所需的能量降低;另一方面煤體結(jié)構(gòu)遭到破壞,煤的孔隙間距和內(nèi)表面積變大,煤分層空隙率大,可以保存更多的游離瓦斯,透氣性差,一般能保持較高的瓦斯壓力,這為突出創(chuàng)造了動(dòng)力條件。同時(shí),構(gòu)造應(yīng)力的作用下,煤體結(jié)構(gòu)遭到破壞,之后碎塊間發(fā)生相互擠壓,摩擦和揉搓,煤體碎塊逐步變小,甚至在其他高強(qiáng)度的作用力下,媒體碎塊會(huì)變?yōu)榉勰?使煤與瓦斯突出往往發(fā)生在構(gòu)造煤分層發(fā)育的地段。

構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)域?yàn)橥咚雇怀龅母甙l(fā)帶,掌握和研究“構(gòu)造煤”形成規(guī)律和空間分布狀態(tài),對(duì)研究煤與瓦斯的突出的發(fā)生條件,預(yù)測(cè)突出的可能性和強(qiáng)度,都有巨大的實(shí)際意義。因此,在實(shí)際生產(chǎn)中,地質(zhì)人員應(yīng)對(duì)構(gòu)造煤有足夠的專業(yè)敏感度,遇到構(gòu)造煤區(qū),就應(yīng)特別注重研究該區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造狀況,力求準(zhǔn)確判斷該區(qū)煤與瓦斯突出的可能性,精確預(yù)測(cè)突出的規(guī)律。但是我們不能僅憑構(gòu)造煤來(lái)判斷突出事件是否會(huì)發(fā)生或預(yù)測(cè)煤與瓦斯突出分布規(guī)律,因?yàn)槊号c瓦斯突出是受瓦斯壓力、地應(yīng)力、煤體特征及圍巖條件等多種因素綜合影響、控制的?；蛘哒f(shuō),一定厚度的構(gòu)造煤的存在是煤與瓦斯突出發(fā)生的基礎(chǔ)和必要條件,但并非是煤與瓦斯突出的充分條件。

四、結(jié)論

綜上所述,煤與瓦斯突出與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系在煤礦正常生產(chǎn)進(jìn)程中非常重要,因此必須充分做好地質(zhì)預(yù)報(bào)工作,加強(qiáng)對(duì)突出煤層管理工作,采取各類安全防范措施,減少突出事故發(fā)生,做好安全生產(chǎn)工作。

參考文獻(xiàn):

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